Tecnología de la Energía Térmica

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Facultad Regional

San Francisco

Ingeniería Química

Tecnología de la Energía

Térmica

PLANIFICACIÓN CICLO LECTIVO

2011

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ÍNDICE

ÍNDICE ... 2

PROFESIONAL DOCENTE A CARGO ... 3

UBICACIÓN ... 4 OBJETIVOS ... 5 ORGANIZACIÓN DE CONTENIDOS ... 6 PROGRAMA ANALÍTICO ... 8 CRITERIOS DE EVALUACIÓN ... 12 EVALUACIÓN: ... 12 AUTOEVALUACIÓN: ... 12 PLAN DE TRABAJO ... 13 METODOLOGÍA ... 15 BIBLIOGRAFÍA ... 16 ARTICULACIÓN ... 17

ARTICULACIÓN CON EL ÁREA: ... 17

TEMAS RELACIONADOS CON MATERIAS DEL ÁREA: ... 18

ARTICULACIÓN CON EL NIVEL: ... 19

TEMAS RELACIONADOS CON MATERIAS DEL NIVEL: ... 20

ARTICULACIÓN CON LAS CORRELATIVAS: ... 21

TEMAS RELACIONADOS CON LAS CORRELATIVAS: ... 22

ORIENTACIÓN ... 23

DEL ÁREA: ... 23

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PROFESIONAL DOCENTE A CARGO

Docente Categoría Título Profesional

Eduardo Marteleur Adjunto ordinario Ingeniero

Electromecánico

Germán Giletta J.T.P. Ingeniero Químico

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UBICACIÓN

Dentro del contexto curricular prescripto se ubica en:

Especialidad: Ingeniería Química Plan: 95 Adecuado Orientación: Alimentación

Área: Ingeniería Química Nivel: 4ª

Carga Horaria Semanal: 4

Régimen: Cuatrimestral Distribución horaria Formación Total de horas Teórica Práctica

Teoría Práctica Laboratorio Formación experimental Resolución de problemas de Ingeniería Proyecto y diseño Práctica profesional supervisada 60 18 18 32 128

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OBJETIVOS

-Emplear la energía térmica en los procesos químicos.

-Comprender los mecanismos de evolución de dicha energía.

-Calcular, verificar, seleccionar e implementar equipos y sistemas, de generación y transferencia de calor, en el campo de la Ingeniería química.

Son pautas de capital importancia a inculcar en todos los temas el uso racional de la energía térmica y el análisis permanente del control de polución ambiental.

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ORGANIZACIÓN DE CONTENIDOS

Eje Temático Nº 1: Aislantes térmicos

Contenidos Conceptuales: Aislantes térmicos. Materiales refractarios.

Contenidos Procedimentales: Resolución de problemas.

Manipulación y selección de elementos.

Contenidos Actitudinales: Interés por encontrar solución a los problemas de ahorro de energía

Eje Temático Nº 2: Transferencia de calor sin cambio de fase

Contenidos Conceptuales: Tipos de intercambiadores de calor.

Contenidos Procedimentales: Comparación de las variables expuestas.

Contenidos Actitudinales: Reflexión y valoración de las herramientas expuestas

Eje Temático Nº 3: Transferencia de calor con cambio de fase

Contenidos Conceptuales: Condensadores y evaporadores

Contenidos Procedimentales: Determinación de mecanismos de

funcionamiento. Resolución de problemas.

Contenidos Actitudinales: Predisposición a encontrar soluciones a los problemas.

Eje Temático Nº 4: Combustión - Combustibles

Contenidos Conceptuales: Combustión.

Contenidos Actitudinales: Predisposición a trabajar en grupo. Concientización de la contaminación ambiental.

Eje Temático Nº 5: Generadores de vapor

Contenidos Conceptuales: Calderas.

Manipulación de elementos.

Contenidos Actitudinales: Actitud crítica en el manejo de calderas.. Participación en clase.

Eje Temático N°6: Tratamiento del agua

Contenidos Conceptuales: Análisis de los elementos contenidos en el agua

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Contenidos Procedimentales: Solución de los problemas que generan las incrustaciones

Contenidos Actitudinales: Actitud analítica frente a ejemplos prácticos y visitas a centrales térmicas

Eje Temático N°7: Torres de enfriamiento

Contenidos Conceptuales: Torres de enfriamiento.

Contenidos Procedimentales: Utilización de información Resolución de problemas.

Contenidos Actitudinales: Valoración de documentos e interés por encontrar soluciones a los problemas.

Eje Temático N°: 8 Sistemas de refrigeración

Contenidos Conceptuales: Sistemas de refrigeración.

Contenidos Procedimentales: Manipulación de los conceptos

Contenidos Actitudinales: Predisposición a trabajar en grupo.

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PROGRAMA ANALÍTICO

Eje Temático Nº 1: Aislantes térmicos

Unidad Nº 1: Aislantes

Introducción de aislantes. Esquema de aislamiento típico. Selección del material de un aislante. Principales materiales aislantes. Transmisión del calor por conducción y convección. Radio critico. Grueso óptimo del aislante. Limites de temperatura del aislante.

Unidad Nº 2: Materiales refractarios

Clasificación de materiales refractarios. Propiedades generales a analizar para la selección de materiales refractarios. Conos pirométricos.

Unidad Nº 3: Tipos y características de

revestimientos protectores del fuego y del calor

Materiales inorgánicos. Materiales orgánicos. Productos ablativos.

Eje Temático Nº 2: Transferencia de calor sin cambio de fase Unidad Nº 4: Intercambiadores de calor

Descripciones de los intercambiadores de calor. Intercambiadores de doble tubo. Intercambiadores de tubo y coraza. Elemento tubular. Tubos para intercambiadores de calor. Espaciado de los tubos. Corazas. Intercambiadores con cabezal de tubos

estacionarios. Deflectores. Intercambiador con cabezal de tubos fijos con carretes integrales. Intercambiador 1-2 con cabezal de tubos fijos. Intercambiadores con haz de tubos removibles. Intercambiadores con tubos en “U”.

Unidad Nº 5: Recipientes enchaquetados

Descripción de recipientes enchaquetados.

Unidad Nº 6: Serpentines

Descripción de serpentines. Serpentín sumergido.

Unidad Nº 7: Enfriadores de trombón

Descripción de enfriadores de trombón.

Unidad Nº 8: Intercambiadores de calor de placas

Características constructivas

Unidad Nº 9: Transmisión de calor total para fluidos en movimiento

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Corrientes paralelas. Diferencia media logarítmica de

temperaturas. Contra corriente. Corrientes cruzadas. Diseño de un intercambiador de calor. Proyecto hidromecánico de los intercambiadores de calor.

Unidad Nº 10: Verificación de Intercambiadores de calor

Cálculos gráficos , determinación del coeficiente de convección y verificación del aparato

Unidad Nº 11: Calefactor de agua a vapor

Cálculos: cantidad de calor a transmitir, cantidad de vapor requerida, superficie de calefacción.

Eje Temático Nº 3: Transferencia de calor con cambio de fase Unidad Nº 12: Condensadores

Introducción de condensadores. Condensación dentro y fuera de tubos. Clasificación de condensadores para su cálculo.

Clasificación de condensadores en vapores simples y mezcla de vapores.

Unidad Nº 13: Condensación de vapor de agua

Condensadores de superficie .Condensadores de mezcla. Cálculo práctico. Condensador del tipo eyector. Condensador barométrico.

Unidad Nº 14: Mecanismo de evaporación

Transmisión del calor. Efecto de la tensión interfacial en la formación de las burbujas. Ebullición fílmica

Unidad Nº 15: Clasificación de evaporadores

Evaporador de múltiple efecto. Evaporador químico.

Evaporadores químicos con circulación natural. Evaporadores químicos con circulación forzada.

Unidad Nº 16: Calderetas

Calderetas con circulación natural. Calderetas con circulación forzada.

Unidad Nº 17: Calefacción

Circuitos de calefacción y uso de fluidos intermedios Unidad Nº 18: Utilización del calor latente

repetidamente

Aprovechamiento energético y optimización del consumo de vapor en una instalación existente

Eje Temático Nº 4: Combustión – combustibles Unidad Nº 19: Combustión

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Generalidades. Poder calorífico. Cantidad de aire necesaria para la combustión. Productos de la combustión. Temperatura de la combustión. Análisis de gases de la combustión. Corrosiones a bajas temperaturas. Punto de rocío de los gases de la

combustión. Determinación volumétrica de gases de combustión con equipo Orsat.

Unidad Nº 20: Estequiometría de la reacción

. Cálculos: cantidad de aire necesaria para una combustión perfecta, porcentaje de CO2 en los humos suponiendo combustible seco y combustible húmedo.

Unidad Nº 21: Quemadores

Descripciones y mecánica de funcionamiento

Eje Temático Nº 5: Generadores de vapor

Unidad Nº 22: Ciclos térmicos

Ciclo de Rankine. Ciclo de Rankine con sobrecalentamiento. Ciclo con recalentamiento intermedio. Ciclo de extracciones múltiples. Rendimientos

Unidad Nº 23: Calderas humotubulares

Descripción de calderas humotubulares. Caldera en posición horizontal. Caldera en posición vertical. Capacidades de generación

Unidad Nº 24: Calderas acuotubulares

Descripción de calderas acuotubulares. Efectos de la presión y temperatura del vapor en la absorción de calor en una caldera. Tipos de paredes de hornos de calderas. Diagramas de diversas calderas acuotubulares. Circulación del agua natural y forzada. Funciones del domo. Sobrecalentadores

Unidad Nº 25: Recuperadores de calor

Descripción de recuperadores de calor. Calentador de aire

tubular. Calentador de aire por placas. Economizador de tubos de acero con aletas soldadas longitudinalmente. Precalentador de aire regenerativo en contracorriente. Calderas de recuperación.

Unidad Nº 26: Hogar de la caldera

Consideraciones a tener en cuenta en su diseño y

funcionamiento. Transmisión de calor por radiación y convección. Verificación de las dimensiones de un hogar de una caldera acuotubular de dos domos. Consumo de combustible. Desarrollo gráfico.

Eje Temático Nº 6: Tratamiento del agua

Unidad N° 27 : elementos contenidos en el agua en f unción de su proceso evolutivo

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Origen de los elementos contenidos en el agua en función de su proceso evolutivo – Interpretación de los resultados analíticos para detectar estos elementos – Métodos para eliminar los elementos nocivos

Unidad N° 28 : Incrustaciones y arrastres de agua

Explicar los métodos para eliminar las incrustaciones – Explicar los métodos de diseño para evitar el arrastre de agua – Descripción de los equipos

Unidad N° 29 : Ejemplos y visitas

Mostrar ejemplos de tubos incrustados y corroídos – Mostrar ejemplos y explicar funcionamiento de plantas de tratamiento de aguas durante visitas a centrales térmicas

Eje Temático Nº 7: Torres de enfriamiento

Unidad N° 30 Torres de enfriamiento

Generalidades de torres de enfriamiento. Teoría de las torres de enfriamiento. Humedad absoluta, absoluta máxima y relativa. Punto de rocío y temperatura de bulbo húmedo. Teoría del cálculo. Formas constructivas.

Unidad N° 31 Cálculos en Torres de enfriamiento

Calor extraído por evaporación, calor trasmitido por convección, caudal de la cantidad de agua de la reposición. Diagrama

psicrométrico. .

Eje Temático Nº 8: Sistemas de refrigeración

Unidad N° 32 Sistemas de refrigeración

Refrigeración. Sistemas de refrigeración de compresión mecánica. Sistema de refrigeración de un ciclo de Carnot que opera con bomba de calor. Instalaciones frigoríficas. Instalaciones de

calefacción. Sistema de refrigeración cuyo ciclo de Carnot inverso opera con gas. Evaporador. Condensador. Sistemas de

refrigeración por absorción.

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CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Evaluación:

-Evaluación constante mediante ejercicios prácticos con desarrollos en la pizarra.

-Seguimiento clase a clase con observación de rendimientos.

-Al contar con un curso que no supera los 20 alumnos, se trata de llevar un ritmo constante, y a las personas con dificultades en el aprendizaje se les brinda un apoyo extra, a través del ayudante de cátedra.

-La materia se aprueba con un examen final, el cual esta dividido en una parte práctica y otra teórica. En una primera instancia se le toma el examen práctico el cual se lo considera aprobado solo si posee el 80% bien resuelto y luego se le toma el examen teórico. Ambos son con exposición oral y desarrollos de graficas en la pizarra.

Autoevaluación:

La autoevaluación es realizada a través de un instrumento elaborado y propuesto por la Secretaria Académica y aprobado por el Consejo Académico.

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PLAN DE TRABAJO

Eje temático Nº 1: Aislantes térmicos

Semana Contenidos Metodología Evaluación Nivel de

Profundidad Bibliografía 1 Presentación de la materia.

Concientización del ahorro de energía

Clase oral Material informativo actualizado Constante de proceso Informativa Ref. Nro 1 Ref. Nro 6

2 Desarrollo del eje temático Material físico _{de estudio} Constante de _proceso Interactiva _conceptual

Ref. Nº1 Ref.Nº4 Ref.Nº6

Eje temático Nº 2: Transferencia de calor sin cambio de fase

Profundidad Bibliografía 3 Desarrollo de las unidades 4, 5, 6 , 7 y

8 del eje temático

Clase oral Filminas Material informativo actualizado Constante de proceso Interactiva Búsqueda de información Ref. Nro 1 Ref. Nro 3 Ref. Nro 6 4

Diferentes sentidos de circulación de fluidos

Diferencia media logarítmica de temperaturas Clase oral Desarrollo en la pizarra Evaluación constante Conceptual Interactiva Ref. Nro 3 Ref. Nro 6 5 Verificación de intercambiadores de calor. Calefactores Desarrollo de ejemplos prácticos Evaluación constante Conceptual Interactiva Ref. Nro 1 Ref. Nro 4 Ref. Nro 6

Eje temático Nº 3: Transferencia de calor con cambio de fase

Profundidad Bibliografía 6 Desarrollo del eje temático. _{Condensadores} Clase oral _Filminas Constante de _proceso Conceptual

Ref. Nro 1 Ref. Nro 3 Ref. Nro 6 7 Desarrollo del eje temático Clase oral

Filminas Constante de proceso Conceptual Ref. Nro 1 Ref. Nro 3 Ref. Nro 6 8 Circuitos de calefacción.

Aprovechamiento calor latente

Filminas Desarrollo en la pizarra Evaluación constante Conceptual Interactiva Ref. Nro 1 Ref. Nro 3 Ref. Nro 8

Eje temático Nº 4: : Combustión - Combustibles

Profundidad Bibliografía 9 Desarrollo del eje temático Clase oral

Filminas Constante de proceso Informativo Interactivo Ref. Nro 1 Ref. Nro 6 10 Cálculos Trabajo en _equipo Evaluación _constante Conceptual

Ref. Nro 1 Ref. Nro 2 Ref. Nro 8

Eje temático Nº 5 Generadores de vapor

Profundidad Bibliografía 11 Ciclos Térmicos Clase oral Desarrollo en la pizarra Constante de proceso Revisión Conceptual Ref. Nro 2 Ref. Nro 6. 12 Clasificación de calderas Clase oral

Filminas Constante de proceso Informativo Interactivo Ref. Nro 2 Ref. Nro 6

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Eje temático Nº 5 Generadores de vapor

Profundidad Bibliografía Recuperadores de calor

Hogar de una caldera

Material informativo Desarrollo en la pizarra. Evaluación constante

Conceptual Ref. Nro 7 Ref.Nro.8

Eje temático Nº 6: Tratamiento del agua

Profundidad Bibliografía 13 Desarrollo del eje temático

Clase oral Filminas Material informativo Visitas Constante de proceso Conceptual Informativo Interactivo Ref.Nro.6 Ref.Nro.8

Eje temático Nº 7: Torres de enfriamiento

Profundidad Bibliografía 14 Desarrollo del eje temático

Clase oral Filminas Material informativo actualizado Evaluación constante Conceptual Búsqueda de material Ref. Nro 2 Ref. Nro 4 Ref. Nro 6

Eje temático Nº 8: Sistemas de refrigeración

Profundidad Bibliografía 15 Ciclos frigoríficos Clase oral Material informativo actualizado Evaluación constante Informativo Ref. Nro 5 Ref. Nro 6

16 Análisis individual de los componentes de los ciclos Clase oral Filminas Material informativo actualizado Constante de proceso Informativo Interactivo Ref. Nro 5 Ref. Nro 6

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METODOLOGÍA

-Entrega de apuntes a los alumnos de todos los ejes temáticos.

-Clases orales explicando los ejes temáticos con desarrollos en la pizarra.

-Utilización de folletos y revistas para que el alumno tome contacto con las últimas novedades en lo que se refiere a innovación y desarrollo de nuevos equipos por medio del proyector de opacos, proyector de filminas, cañon o estudio individual según el caso.

-Prácticas de laboratorio para validar análisis teóricos.

-Contacto directo con equipos y sistemas estudiados por medio de visitas a establecimiento industrial en relación con la materia por ejemplo:

Aceitera

Central térmica de la localidad de Pilar (Pcia de Córdoba) Industrias Lacteas

-Desarrollo de la guía de trabajos prácticos con participación del alumnado.

-Apoyo del ayudante de cátedra en el desarrollo de la materia como así también en la búsqueda de información.

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BIBLIOGRAFÍA

Bibliografía Obligatoria:

1. KERN, Donald. Q.

Procesos de transferencia de calor.

1a. ed. reimpresa

Grupo Patria Cultural, 2004.

(Al 2011: 2 ejemplar/es en Colección UTN)

2. TORREGUITAR – WEISS.

Combustión y generación de vapor.

Prisma.

3. LEVENSPIEL, Octave.

Flujo de fluidos e intercambio de calor.

[1a. ed.]

Reverté; Reverté Ediciones, 2004.

4. AMIGO MARTIN, Pablo.

Termotecnia: aplicaciones agroindustriales. [1a. ed.]

Ediciones Mundi-Prensa, 2000.

5. BRANAN, Carl R.

Soluciones prácticas para el ingeniero químico.

1a. ed.

McGraw-Hill Interamericana Editores, 2000. (Al 2011: 2 ejemplar/es en Colección UTN)

6. MARTELEUR, Eduardo (Ing.)

Tecnología de la energía térmica. [apunte de cátedra]

7. PERRY, Robert H.; GREEN, Don W.; MALONEY, James O.

Manual del ingeniero químico: t.1; t.2; t.3; t.4. 4a. ed. en español, traducida de la 7a. ed. en inglés.

McGraw-Hill, 2001.

(Al 2011: 8 ejemplar/es en Colección UTN, más 6 de edición anterior,

más 1 en inglés)

8. BABCOCK, George H.; WILCOX, Stephen.

STEAM: its generation and use.[archivo electrónico]

41th_Edición.

Babcock & Wilcox, 2005.

(Al 2011: 1-cdrom en Colección UTN Nro Inventario 235 más 1 libro edición 39 th. ed. en colección UTN)

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Manual para el cálculo de intercambiadores de calor y bancos de tubos aletados.

[1a. ed.]

Reverté Ediciones; Reverté, 2007.

10.CAO, Eduardo.

Transferencia de calor en ingeniería de procesos. 2a. ed.

Nueva Librería, 2006.

11.KREITH, Frank ; BOHN, Mark S.

Principios de transferencia de calor. 6a. ed.

International Thomson Editores, 2001. (Al 2011: 2 ejemplar/es en Colección UTN)

Bibliografía Complementaria:

12.LUSZCZEWSKI KUDRA, Antoni.

Redes industriales de tubería: bombas para agua, ventiladores y compresores: diseño y construcción.

1a. ed.

Reverté; Reverté Ediciones, 2004.

Revistas, folletería, Información en formato electrónico de proveedores de equipos.

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Articulación

Articulación con el Área:

Asignatura Carga Horaria Porcentaje

Tecnología de la energía térmica 8 11,11

Fenómenos de transporte 10 13,88

Operaciones unitarias I 8 11,11

Operaciones unitarias II 10 13,88

Ingeniería de las reacciones 10 13,88

Control estadístico de procesos 4 5,55

Mecánica eléctrica industrial 6 8,33

Control automático de procesos 8 11,11

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Temas relacionados con materias del área:

Operaciones Unitarias II Tema relacionado

Humidificación Torres de enfriamiento

Fenómenos de

transporte Tema relacionado

Transferencia de calor por convección

Transferencia de calor por conducción

Transferencia de calor por radiación.

Transferencia de calor por conducción y convección

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Articulación con el Nivel:

Asignatura Carga Horaria Porcentaje

Tecnología de la energía térmica 8 12,70

Integración IV 3 4,76

Operaciones unitarias I 8 12,7

Biotecnología 8 12,7

Control estadístico de procesos 4 6,35

Operaciones unitarias II 10 15,87

Ingenieria de las reacciones químicas 10 15,87

Química analítica aplicada (título intermedio) 8 12,7

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Temas relacionados con materias del nivel:

Integración IV Tema relacionado

Tecnología del frío Transferencia de calor sin cambio de fase

Transferencia de calor con cambio de fase

Operaciones unitarias II Tema relacionado

Biotecnología Tema relacionado

Biorreactores Torres de enfriamiento

Mecánica eléctrica

industrial Tema relacionado

Química analítica

aplicada Tema relacionado

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Articulación con las correlativas:

Asignatura Para cursar Para rendir

Cursada Aprobada Aprobada

Tecnología de la energía térmica Termodinámica Fenómenos de transporte Análisis matemático II Física II Fenómenos de transporte

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Temas relacionados con las correlativas:

Termodinámica Tema relacionado

Ciclos térmicos Ciclos térmicos

Fenómenos de trasporte Tema relacionado

Transferencia de calor por convección

Transferencia de calor por conducción

Transferencia de calor por radiación

Transferencia de calor por conducción y convección

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ORIENTACIÓN

Del Área:

-Comprender y aplicar los fenómenos de transporte.

-Conocer, asimilar, calcular y especificar los diferentes sistemas de transferencia y equipos empleados en las operaciones químicas en las que intervienen sólidos, fluidos y transferencia de masa y energía.

-Comprender las bases cinemáticas para el diseño de reactores.

-Conocer las técnicas estadísticas para asegurar la calidad de las operaciones, adquiriendo criterios para el control automático de procesos.

-Dar formación básica en materiales, mecánica y electrotecnia con proyección a la actividad industrial.

De la Asignatura:

-Formación de una postura clara y concreta en el manejo racional de la energía y en forma específica la energía Térmica

-Información de las diferentes alternativas que brinda el manejo del calor en el amplio espectro de la industria de procesos.